Содержание к диссертации
Введение
1. ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В АГРОЭКОСИСТЕМАХ (обзор литературы) 9
1.1 Источники загрязнения агроэкосистем тяжелыми металлами 9
1.2 Тяжелые металлы в компонентах агроэкосистем 15
1.2.1 Миграция тяжелых металлов в почве 15
1.2.2 Накопление тяжелых металлов в растениях 21
1.2.3 Поведение тяжелых металлов в воде 26
1.2.4 Миграция тяжелых металлов в агроэкосистеме по цепи почва -растение - вода 31
1.3 Нормирование содержания тяжелых металлов в объектах агроэко-системы 39
2. РАЙОН РАБОТ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 45
2.1 Агроэко логическая характеристика района исследования 45
2.1.1 Климат 45
2.1.2 Почвы 49
2.2 Методика проведения исследований 51
3. ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ И РАСТЕНИЯХ ЮЖНОЙ ЗОНЫ СРЕДНЕГО ПРИАМУРЬЯ 60
3.1 Содержание тяжелых металлов в почвах пахотных угодий 60
3.2 Содержание тяжелых металлов в растениях 73
3.3 Миграция тяжелых металлов в агроэкосистеме почва - растение 82
4. ХИМИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВОДОЕМОВ АГРОЛАНДШАФТОВ ЮЖНОЙ ЗОНЫ СРЕДНЕГО ПРИАМУРЬЯ 89
4.1 Содержание тяжелых металлов в воде 89
4.2 Содержание тяжелых металлов в донных осадках 96
4.3 Биологическое тестирование водоемов агроландшафтов 98
- Накопление тяжелых металлов в растениях
- Агроэко логическая характеристика района исследования
- Содержание тяжелых металлов в почвах пахотных угодий
Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы большое внимание уделяется изучению загрязнения окружающей среды веществами техногенного происхождения. Самого пристального внимания заслуживает техногенное накопление тяжелых металлов, особенно в почвах, поскольку загрязненная почва может являться длительным постоянно действующим источником поступления тяжелых металлов в пищевую цепь. Столь же актуально изучение содержания экотоксикантов в сельскохозяйственных культурах, так как до 70-80% от общего количества тяжелых металлов, поступающих в организм человека, приходится на растительную продукцию.
В связи с увеличивающимся загрязнением биосферы особый интерес и важное практическое значение имеет, с одной стороны, познание закономерностей поведения и распределения тяжелых металлов в окружающей среде, с другой - тот факт, что свыше 90% всех болезней человека прямо или косвенно связаны с состоянием окружающей среды, которая является либо причиной возникновения заболеваний, либо способствует их развитию (Добровольский, 1983; Соколов, Черников, 1999).
В настоящее время стало ясно, что токсичность тяжелых металлов обусловлена как их широким распространением и высокой миграционной подвижностью, так и способностью накапливаться в пищевых цепях, включаться в метаболический цикл, аккумулироваться в организме человека и вызывать разнообразные физиологические нарушения, в том числе на генетическом уровне. «Коварство» тяжелых металлов заключается в том, что они загрязняют экосистему не только быстро и по всей цепочке экологических взаимодействий, но и незаметно. Для выведения тяжелых металлов из экосистемы до безопасного уровня требуется весьма продолжительный период времени при условии полного прекращения их поступления.
5 Среди тяжелых металлов приоритетными загрязнителями считаются
ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, цинк, главным образом потому, что их
техногенное накопление в окружающей среде идет высокими темпами. В
сельскохозяйственном производстве основными источниками поступления
тяжелых металлов являются пестициды, минеральные удобрения, химические
мелиоранты.
Поскольку тяжелые металлы поступают в организм травоядных животных и человека в основном с растительной пищей, а обогащение последней происходит из почвы, почвенно-агрохимические исследования на техногенно загрязненных территориях приобретают важное значение, особенно в местах, где население питается в течение многих лет преимущественно продуктами растениеводства (Добровольский, 1986; Алексеев, 1987; Кабата-Пендиас, 1989; Добровольский, Никитин, 1990; Ильин, 1991).
Амурская область - это основной сельскохозяйственный район Дальнего Востока. В Амурской области активно возделывается соя, а также другие зерновые, овощные и кормовые культуры. В связи с этим активно применяются в течение более 40 лет различные средства химизации - минеральные удобрения, пестициды, химические мелиоранты. В почву пахотных угодий Приамурья за 36 лет только с препаратами, содержащими ртуть, внесено 160 т ртути. Максимальное количество ртути внесено в почву на пахотных угодьях южной зоны Приамурья - в Тамбовском и Благовещенском районах. Здесь ежегодно применялось от 16 до 40 т гранозана. Кроме того, вносилось ежегодно от 550 тыс. до 700 тыс. т минеральных удобрений и химических мелиорантов, содержащих кадмий и свинец (Харина, 2000) .
Среди различных программ, направленных на улучшение экологической ситуации в России, особое место занимает мониторинг окружающей среды, призванный, в частности, следить за изменением в экосистемах концентрации тяжелых металлов. Без оценки уровней загрязнения почв, растительности и воды тяжелыми металлами невозможно получить общую картину техногенной нагрузки этих веществ на окружающую среду. При этом необходимо учитывать
их поведение в экосистеме. Особенно важен комплексный подход при оценке загрязнения аграрных районов, поскольку они являются основными производителями сельскохозяйственных продуктов. Для загрязняющих веществ, время полного исчезновения которых из системы почва - растение не превышает одного вегетационного периода, эта проблема не столь актуальна. Для токсикантов, период разложения которых до безопасного уровня или выведения из почвы обычно составляет несколько лет, необходимо учитывать возможности их миграции и бионакопления (Майстренко и др., 1996). Поэтому получить представление о качестве среды, о состоянии агроэкосистем в связи с многолетней химизацией сельского хозяйства в южной зоне Приамурья представляется крайне актуальным.
Цель исследований. Изучить содержание тяжелых металлов - ртути, свинца, кадмия - в объектах агроландшафтов по цепи почва - растение - вода -донные осадки в условиях южной зоны Среднего Приамурья.
В задачи исследований входило:
определить уровни содержания ртути, кадмия, свинца в почвах пахотных угодий южной зоны Среднего Приамурья;
исследовать содержание ртути, кадмия, свинца в надземных органах ячменя (Hordeum L.), пшеницы (Triticum L.), сои (Glycine max (L.) Merr), кукурузе (Zea mays L.), злаковых травах (Poaceae), произрастающих на лугово-черноземовидных почвах;
выявить особенности накопления ртути, кадмия и свинца в зависимости от вида исследуемых растений;
установить корреляционную зависимость содержания тяжелых металлов в сельскохозяйственных культурах от их концентрации в почве;
оценить эколого-химическое состояние водоемов агроландшафтов. Исследования проводились в течение 2002 - 2004 гг. в соответствии с
тематикой научно-исследовательских работ 2002 - 2005 гг. ДальГАУ: тема 8 «Адаптивное землепользование», раздел 8.1. «Мониторинг состояния агроэкосистем в условиях Амурской области».
7
Научная новизна результатов исследований. Впервые в
агроэкологических условиях южной зоны Среднего Приамурья осуществлено
изучение содержания тяжелых металлов в агроэкосистеме по схеме почва -
растение - вода - донные осадки. Дана количественная оценка содержания
ртути, кадмия и свинца в растениях в зависимости от биологических
особенностей культур и от концентрации тяжелых металлов в лугово-
черноземовидной почве. Выявлены виды сельскохозяйственных растений,
способных к аккумуляции Hg, Cd, Pb в агроэкологических условиях юга
Среднего Приамурья. Установлена корреляционная связь между содержанием
тяжелых металлов в надземных органах ячменя (Cd, Pb), сои, кукурузы (РЬ) и в
лугово-черноземовидных почвах. Дана эколого-химическая оценка состояния
водоемов агроландшафтов южной зоны Среднего Приамурья.
Основные защищаемые положения:
Длительное применение средств химизации - минеральных удобрений, химических мелиорантов и пестицидов - привело к тому, что почвы юга Приамурья содержат тяжелые металлы в концентрациях выше российских кларковых и фоновых значений, а также значений в почве, не подвергаемой сельскохозяйственному воздействию.
В условиях лугово-черноземовидных почв при превышении пороговых значений содержания подвижных форм Hg, Cd, Pb в почве эти элементы накапливаются растениями в количествах, превышающих ПДК.
Содержание тяжелых металлов в продукции растениеводства в агроэкологических условиях южной зоны Среднего Приамурья зависит от концентрации металлов в почве и от биологических особенностей культур.
Сельскохозяйственная деятельность приводит к антропогенному изменению химического состава воды водоемов агроландшафтов.
Практическая значимость работы. Исследования позволили систематизировать данные о содержании тяжелых металлов в почвах, растительных кормах, в поверхностных водах и в донных осадках южной зоны Среднего Приамурья. Полученные результаты позволяют рекомендовать набор
8 сельскохозяйственных культур, адаптированных к конкретным почвенным
условиям и с низкой способностью к накоплению тяжелых металлов.
Полученная информация может являться стартовой для дальнейшего
мониторинга, служа основой для оценки состояния агроэкосистем.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на IV региональной научно-практической конференции «Молодежь XXI века: шаг в будущее» (Благовещенск, 2003 г.), на международной школе-конференции студентов и молодых ученых «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (Абакан, 2003 г.), на научной конференции ДальГАУ (Благовещенск, 2004 г.), на региональной конференции студентов, аспирантов, молодых ученых «Проблемы экологии, безопасности жизнедеятельности и рационального природопользования Дальнего Востока» (Владивосток, 2004 г.), на научной конференции «Проблемы экологии и рационального использования природных ресурсов в Дальневосточном регионе» (Благовещенск, 2004 г.), на научных семинарах кафедр экологии ДВГУ (г. Владивосток) и ДальГАУ.
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 8 публикациях.
Автор искренне благодарен научному руководителю д.б.н. С. Г. Хариной за всемерную поддержку и постоянную помощь в обсуждении результатов. Автор признателен сотрудникам Центральной аналитической лаборатории ФГУГП «Амургеология» О.А. Гордевич, СБ. Турмора, «Сетевой лаборатории анализа и мониторинга окружающей среды МПР России по Амурской области» - В.П. Демура, СИ. Дубинец, В.Б. Кожевиной за оказание помощи в проведении анализов. Особую благодарность автор выражает зав. кафедры экологии и охраны природы к. б. н. А.Б. Козловой за поддержку и постоянную помощь.
Накопление тяжелых металлов в растениях
Растения способны поглощать металлы из воздуха, воды и почвы, подвергаясь их токсическому действию. Из атмосферы металлы в растения поступают через листья, из почвы - через корневую систему. В последнем случае механизм поглощения может быть активным или пассивным (Кабата Пендиас, 1989) и определяется как количеством металла в почве (Ильин, 1991; Авраменко, Лукин, 1998; 1999; Просянникова, Анохин, 1999), так и (в основном), активностью ионов металлов в почвенном растворе, т.е. величиной ионных потенциалов, характеризующих степень гидратируемости иона, и, следовательно, его растворимостью в воде (Добровольский, 1983). Кинетика поглощения тяжелых металлов растениями определяется двумя последовательными процессами: проникновением ионов в свободное пространство (СП) и поступлением их внутрь клетки. Соотношение между количеством ионов в СП и внутри клеток зависит как от продолжительности поглощения, так и от вида иона (Моцик, Пинский, 1991). Поглощение тяжелых металлов растениями - энергетически независимый процесс, в то время как их перемещение в растительной клетке - энергетически зависимый.
На поступление тяжелых металлов в растения влияют рН почвенного раствора, содержание гумуса, механический состав и катионообменные свойства почвы. Минимальная доступность многих тяжелых металлов отмечается при рН около 6,5. Наиболее высокое содержание тяжелых металлов в растениях наблюдается при рН почвы 4,8. Например, в условиях кислой реакции почвы резко увеличивается содержание кадмия в растениях (Овчаренко и др., 1998; 1999). Из легких песчаных почв поступает тяжелых металлов намного больше, чем из тяжелых глинистых (Бокова, Ратников, 1995). В почвах с высоким содержанием гумуса тяжелые металлы менее доступны для растений (Батурин, Ряховский, 1998).
Повышение содержания тяжелых металлов в почве вызывает увеличение их содержания в растениях. В ряде случаев наблюдается строгая корреляция между содержанием элементов в почве и растениях. Так, достоверная корреляция обнаружена между содержанием свинца в почве и корнях кукурузы, богатника, мятлика, донника, одуванчика; соединений цинка, свинца, кадмия и меди, растворимых в НСІ, в почве и растениях. Содержание кадмия в растениях овса и пшеницы, выращенных на черноземе выщелоченном среднесуглинистом, строго коррелирует с концентрацией элемента в почве. Однако такие зависимости наблюдаются не всегда и в большинстве случаев определяются свойствами почвы, видом растений, а также формой и соединениями элемента (Большаков, 1985). По способности накапливать тяжелые металлы, ткани основных растений можно расположить в следующем порядке: корни листья семена (плоды). Растения обладают способностью в случае сильного загрязнения почвы усиливать формирование главного защитного органа - корневой системы - за счет сокращения биомассы надземной части. Защитные возможности корней велики, но и они имеют предел. При возрастающей концентрации токсиканта в почве или питательном субстрате в определенный момент происходит как бы «срыв» защитного механизма корневой системы. Барьер «корень - стебель» разрушается и становится бессилен задерживать ядовитые вещества, которые начинают проникать в надземные части растения. По достижении определенной концентрации металлов в почве происходит ломка следующего механизма защиты на границе стебель - листья. И только в случае, если и этот барьер не в силах справиться с нарастающей концентрацией токсических веществ, происходит их проникновение в репродуктивные органы растения плоды и зерно (Ильин, 1985). Избирательная аккумуляция происходит в растительных клетках благодаря комплексообразованию. Тяжелые металлы легко образуют прочные комплексы и поэтому накапливаются в клетках растений. В корнях тяжелые металлы образуют малоподвижные комплексы (Алексеев, 1987; Ильин, 1991). Избыток в растениях кадмия, свинца и ртути влияет на проницаемость клеточных мембран. Металлы способны вступать в химическое взаимодействие с веществами, содержащими тио- и фосфатгруппы.
Тяжелые металлы нарушают нормальный ход биохимических процессов, влияют на синтез и функции многих активных соединений - ферментов, витаминов, пигментов. Повышенные по сравнению с фоном концентрации тяжелых металлов существенно влияют на фотосинтетическую деятельность
растений (Овчаренко и др., 1998). При высоких концентрациях тяжелых металлов (Cd, Pb, Си, Zn) происходит снижение количества хлорофилла. При загрязнении почвы в дозе 2 ПДК кадмий и свинец подавляют рост и развитие растений сои, вызывают морфологические и биологические изменения, в результате утрачиваются характерные сортовые признаки и посевные качества семян (Моисеенко, Цмокалюк, 2003). Тяжелые металлы снижают поступление железа у ряда растений (салат, клевер, ячмень). Под действием тяжелых металлов снижается содержание фосфора, кальция, магния в растениях, при этом тяжелые металлы тормозят синтез фосфорорганических соединений клетки (Бабкин, Завалин, 1995). Наиболее токсичными для растений являются Hg Pb Си Cd Сг Ni Zn (Школьник, 1983; Ягодин и др., 1996). Ртуть всегда в небольшом количестве присутствует в растениях. Количество ртути в растениях на незагрязненных почвах колеблется от 0,005 до 0,05 мг/кг. Нормальное содержание ртути равно 0,001 - 0,01 мг/кг, предположительно максимальное - 0,04 мг/кг (Ильин, 1985; см. приложение 10). Основные сельскохозяйственные культуры содержат неодинаковое количество элемента: овощи (листья) - 0,06; зерновые (листья) - 0,04; зерновые (зерно) - 0,002; травы (надземная часть) - 0,03 мг/кг.
Характер распределения ртути в зеленой массе растений свидетельствует о наличии у растений защитного механизма, препятствующего поступлению токсиканта. Защитный барьер, ограничивающий поступление ртути в солому ячменя, работает при невысоких концентрациях элемента в почве ( 20 мг/кг), при 50 мг/кг защитный механизм уже не справляется с функцией ограничения поступления ртути в зеленую массу растений и содержание токсиканта в соломе увеличивается, хотя поступление элемента в репродуктивные органы ограничено (Зырин, Обуховская, 1980).
Природное содержание свинца в растениях колеблется в пределах 0,1-Ю мг/кг сухой массы. Зерновые могут содержать свинец в количестве 0-7,49 мг/кг; фрукты - 0,03-0,38; овощи - 0-1,26 мг/кг (Минеев, 1990). В растения свинец поступает двумя путями: поглощается корнями и листьями. Органы растений, способные к интенсивному газообмену с окружающей средой, содержат больше свинца. В растениях количество свинца возрастает с увеличением его количества в почве, а в люцерне концентрация металла увеличивается вдвое лишь при 18-кратном увеличении данного элемента (Григорьева, 1980). Однако растения используют только часть свинца, находящегося в почве. В этом проявляется как способность почвы переводить соединения свинца в недоступную для растений форму, так и способность самих растений регулировать поступление этого элемента. При высоком уровне свинца в почве он накапливается в больших количествах в вегетативных органах и на порядок меньше - в репродуктивных. Большая токсичность свинца проявляется на кислых дерново-подзолистых почвах, значительно меньшая, когда эти почвы произвесткованы, и совсем небольшая - на черноземах (Обуховская и др., 1983).
Агроэко логическая характеристика района исследования
Амурская область находится в сложных природно-климатических условиях, обусловленных неустойчивым гидротермическим режимом муссонного климата, с коротким безморозным периодом, поздним возвратом холодов весной и ранним понижением температур осенью, неравномерным распределением по периодам вегетации тепла и влаги, резким колебанием дневных и ночных температур.
По многолетним наблюдениям метеостанции с. Садовое, элементы климата характеризуются следующими показателями: среднегодовая температура - 1,2С; средняя температура самого холодного месяца (январь) -26,1 С; средняя температура самого теплого месяца (июль) +20,7С; количество годовых осадков 520 мм (приложение 14).
Зима суровая и продолжительная. Среднесуточная температура воздуха зимой - 23,1 С. Продолжительность холодного периода составляет 130-160 дней. Высота устойчивого снежного покрова может достигать 19 см. Почва промерзает до 2,5 м, при этом сильно растрескивается и цементируется.
Весна поздняя, затяжная, часто засушливая. Однако периодически наблюдаются годы с сильным весенним переувлажнением. В марте-мае выпадает 7-14% годовых осадков. В мае и первой декаде июня наблюдаются большие колебания температуры воздуха в течение суток: днем она повышается до +20... +25С, а ночью может опускаться до +1С. По многолетним данным, прогревание почвы до +5С на глубину 10 см в южной зоне наступает в начале второй декады апреля.
Лето обычно теплое, с умеренной сухой погодой в первой половине и влажной - во второй. С апреля по октябрь, в зависимости от зоны, выпадает от 440 до 610 мм осадков (табл. 1). Таблица 1 Агроклиматические условия южной сельскохозяйственной зоны Амурской области (Система земледелия Амурской области, 2003)
Зона Годовоекол-воосадков,мм Осадки за апрель-октябрь, мм Суммаактивныхтемператур(выше10С) Безморозный период, дни Коэффициент увлажнения m всего максимум минимум Южная 460-550 440-530 610 440 2160-2300 125-130 0,55-0,72
Осень влажная. Осадков выпадает до 22% годовой нормы, преимущественно в сентябре, в это время количество осадков нередко превышает 100 мм и может достигнуть уровня 170-195 мм. Следствием этого является сильное переувлажнение почвы. Среднесуточная температура в сентябре +11,5С, в октябре - 18С. Заморозки начинаются рано - примерно 25 сентября, возможны с 9 сентября. Устойчивое промерзание почвы происходит в начале третьей декады октября.
Особенности агроклиматических условий и опыт возделывания сельскохозяйственных культур указывают, что в основных сельскохозяйственных районах Амурской области можно возделывать культуры преимущественно с коротким периодом вегетации (Голов, 2001; Система земледелия..., 2003).
Следовательно, в основных сельскохозяйственных районах области наблюдается относительно короткий период вегетации, недостаток влаги в апреле-мае, медленное прогревание почвы весной, избыток осадков в июле-августе. Эти факторы не способствуют быстрой и полной детоксикации токсикантов в растениях и почве, что может отрицательно сказаться на экологической обстановке.
В работе приводятся результаты исследований за 2002 - 2004 годы. Метеорологические условия вегетационных периодов в годы проведения опытов различались по количеству и распределению по месяцам выпавших осадков и температуре воздуха (рис. 1, 2, приложение 14). Весна 2002 г. была ранней теплой, с осадками и частыми сменами периодов теплой и холодной погоды. Средняя температура воздуха за апрель-май составила в сельскохозяйственных районах 8-9,5С, что выше нормы на 2-3С. Сумма осадков за период составила от 70 до 130 мм. Агрометеорологические условия на начало проведения работ были сложными. В 2003 г. весна была неустойчивая, преимущественно сухая и ветреная. Средняя температура воздуха на 2С выше нормы. Сумма осадков за период составила 70-120% нормы. Агрометеорологические условия в 2003 г. были благоприятны, к концу апреля было посеяно 85% зерновых культур, во второй половине мая провели массовый посев сои, кукурузы.
Лето 2002 года характеризовалось теплой погодой, неравномерным распределением осадков. Средняя за лето температура воздуха составила 18-20С, что близко к норме. Устойчивый переход среднесуточной температуры через +15С произошел в сельскохозяйственных районах 1-2 июня, то есть в обычные сроки. Летний период продолжался на 5-8 дней больше среднемноголетней даты. За три летних месяца сумма осадков составила от 130 до 380 мм — это 50-100% нормы. Большая часть этих осадков выпала в июле и в первой декаде августа. В целом лето было преимущественно благоприятным для роста и развития растений.
Начало лета 2003 года было теплым и сухим. В июне средняя температура воздуха превысила норму на 1С. В июле и в августе преобладала прохладная погода с сильными дождями. В отдельные периоды средне декадные температуры воздуха были ниже нормы на 1-3 С. Осадки распределялись неравномерно. В июне месячная норма осадков составила в сельскохозяйственных районах 70-90 мм - 70-115% нормы, в июле и августе она превышала норму в 1,5-2,5 раза. За весь период с дождем было 45-50 дней. Суточный максимум достигал 50-70 мм. В результате обильных дождей были затоплены сельскохозяйственные посевы. Агрометеорологические условия были сложными. Засушливые условия в апреле-мае и вплоть до 20 июня сменились частыми продолжительными ливневыми дождями, что привело к опасному агрометеорологическому явлению - переувлажнению почв. Летний период 2004 года характеризовался рядом особенностей: резкими колебаниями температуры воздуха на протяжении всего периода; неравномерным выпадением осадков в летние месяцы в первой половине лета, засушливыми условиями во второй половине, поздним устойчивым переходом среднесуточной температуры воздуха через +15С осенью. Средняя температура воздуха за летний период составила +18... +20С, что близко к норме. Сумма осадков за летний период составила 230-330 мм - это близко к обычному количеству (Агрометеорологический обзор по Амурской области, 2002; 2003; 2004 гг.).
Содержание тяжелых металлов в почвах пахотных угодий
Ряд химических элементов, в том числе ртуть, свинец и кадмий, оказывают токсическое действие на экосистему в целом. Почва служит единственным барьером на пути миграции тяжелых металлов и сдерживает их поступление в растения и сопредельные среды (Соколов, Черников, 1999).
Мобильность тяжелых металлов и, следовательно, токсичность для растений в условиях загрязнения зависят от многих компонентов и свойств почвы. Кислые почвы обладают значительно меньшей способностью удерживать тяжелые металлы, чем нейтральные (Cavallero, Mebride, 1978). Возможности перевода токсикантов в малоподвижные соединения у разных почв неодинаковы: почвы малогумусные песчаные, например, не в состоянии оградить растения от высоких концентраций тяжелых металлов. Напротив, почвы высокогумусированные глинистые обладают большими возможностями для нейтрализации ионов тяжелых металлов (Ильин, 1985).
Нами исследованы почвы пахотных угодий - Учхоза ДальГАУ (поля III, IV, V, IX), ОПХ ВНИИ сои (поля VI, VII, VIII) и почвы ТОО «Волковское» (поля I, II), расположенных на юге Амурской области (рис. 3). Исследования проводились на базе Центральной аналитической лаборатории ФГУГП «Амургеология» и на базе «Сетевой лаборатории анализа и мониторинга окружающей среды МПР России по Амурской области».
Почвы всех обследованных хозяйств относятся к слабокислым (рН сол. 5,3-6,0). Согласно принятым в агрохимической службе области методикам, содержание подвижных форм фосфора в пахотном слое на полях учхоза ДальГАУ (с. Грибское) и ТОО «Волковское» - среднее (58-67 мг/кг), в учхозе ДальГАУ (с. Дроново) и ОПХ ВНИИ сои - низкое содержание Р2О5 (21 61 32 мг/кг). Содержание калия на всех обследованных полях - высокое (220 мг/кг) и очень высокое (до 400 мг/кг). Содержание гумуса - низкое (3,5-3,8%), кроме поля IV учхоза ДальГАУ (с. Грибское) и поля ОПХ ВНИИ сои (4,24-4,83%) (табл. 2).
Тяжелые металлы претерпевают в почве химические превращения, в ходе которых их подвижность изменяется в очень широких пределах. Поэтому для оценки масштаба загрязнения почв тяжелыми металлами мы определяли 62 количество валовых и подвижных форм тяжелых металлов, т.е. наиболее доступных для живых организмов. Полученные данные сопоставляли с различными шкалами экологического нормирования тяжелых металлов (см. приложения 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9). Загрязненность ртутью почв, используемых под пашню, характеризуется как слабая, уровень содержания ртути в почвах исследуемых полей 0,05 мг/кг (см. приложение 7). Концентрация ртути в исследуемых образцах почв составляет 0,020-0,050 мг/кг и не превышает ПДК для валовых и подвижных форм. Данная концентрация выше российских фоновых значений и кларка (0,01 мг/кг) в 2-5 раз. Повышенное содержание металла отмечено в почвах полей ТОО «Волковское», учхоза ДальГАУ (с. Грибское) и ОПХ ВНИИ сои. На всех исследуемых полях отмечено превышение ртути по сравнению с пробой почвы, отобранной в лесополосе, где почвы не подвержены антропогенному воздействию в результате сельскохозяйственной деятельности (табл. 3).
Исследуемые почвы, согласно шкале экологического нормирования, характеризуются повышенным уровнем содержания кадмия (см. приложение 7). Концентрация кадмия не превышает ПДК и в среднем равна 0,34 (валовая форма) и 0,15 (подвижная форма) мг/кг сухого вещества почвы.
В исследуемых образцах почвы концентрация кадмия в 20-44 раз больше фоновых значений. На поле VI и VII ОПХ ВНИИ сои отмечалось превышение кларка. В пробе, отобранной в лесополосе, концентрация металла составила 0,1 мг/кг (валовая форма) и 0,02 мг/кг (подвижная форма). По сравнению с пробой, отобранной в лесополосе, содержание подвижных форм кадмия превышено на полях ТОО «Волковское» в 5,5—6,5 раза, на полях ОПХ ВНИИ сои, учхоза ДальГАУ (с. Дроново) -в 2-3 раза и с. Грибского - в 3,5-7 раз, а валовые формы кадмия превышены в 2 4 раза (табл.4).
Свинец во всех пробах почв присутствует в количествах ниже ПДК. Уровень содержания свинца на пахотных полях характеризуется как средний.
Во всех образцах почв содержание свинца превышало кларк в 1,5-2 раза, что говорит о его накоплении. Превышение российских фоновых значений в 5-7 раз наблюдалось практически на всех исследуемых полях. В почве пахотных угодий ОПХ ВНИИ сои (поле VI, VII) и учхоза ДальГАУ (с. Грибское) отмечалось небольшое превышение свинца по сравнению с почвой из лесополосы (табл. 5).
Исследования Л.В. Переломова и Д.Л. Пинского (2003) свидетельствуют, что в условиях серых лесных почв Среднерусской возвышенности сельскохозяйственное освоение почв сопровождается уменьшением или тенденцией к уменьшению содержания лабильных форм большинства металлов, в частности подвижных форм Мп и Cd, что обусловлено их выносом с урожаем и ионным стоком. Наши данные о содержании тяжелых металлов в лугово-черноземовидных почвах показали, что содержание металлов в верхнем горизонте пахотных почв больше, чем содержание металлов в почве, не подвергаемой сельскохозяйственному воздействию (лесополоса). Видимо, это обусловлено антропогенной нагрузкой: в последние годы отмечается увеличение кислотности лугово-черноземовидных почв, в результате систематического применения физиологически кислых удобрений.
Похожие диссертации на Оценка содержания тяжелых металлов в агроэкосистемах южной зоны Среднего Приамурья
